DE112006003206B4 - Method for forming a semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Ausbilden einer Halbleiteranordnung mit den Schritten:
Ausbilden einer Isolierschicht (16) über einem leitenden Gebiet;
Ausbilden einer Siliziumschicht (40) über der Isolierschicht;
Ausbilden einer Strukturübertragungsschicht (42) über der Siliziumschicht (40);
Entfernen von Teilbereichen der Strukturübertragungsschicht (42) zum Freilegen von Teilbereichen der Siliziumschicht (40), wobei die verbleibenden Teilbereiche der Strukturübertragungsschicht (42) über Teilbereichen der Isolierschicht (16) liegen, in welchen Kontaktlöcher ausgebildet werden;
Ändern der freiliegenden Teilbereiche (52) der Siliziumschicht (40), so dass die freiliegenden Teilbereiche (52) der Siliziumschicht (40) von nicht freiliegenden Teilbereichen der Maskierungsschicht (40) verschieden sind;
Entfernen der verbleibenden Teilbereiche der Strukturübertragungsschicht (42);
Entfernen von Teilbereichen der Siliziumschicht (40), die unter der Strukturübertragungsschicht (42) lagen und während des Veränderungsschrittes nicht verändert wurden, durch ein HF-Ätzen, wobei Teilbereiche der Isolierschicht (16) freigelegt sind, nachdem die nicht reagierten Teilbereiche der Siliziumschicht (40) entfernt worden sind; und
Ätzen der freiliegenden Teilbereiche der Isolierschicht (16).Method for forming a semiconductor device with the steps:
Forming an insulating layer (16) over a conductive region;
Forming a silicon layer (40) over the insulating layer;
Forming a pattern transfer layer (42) over the silicon layer (40);
Removing portions of the pattern transfer layer (42) to expose portions of the silicon layer (40), the remaining portions of the pattern transfer layer (42) overlying portions of the insulating layer (16) in which contact holes are formed;
Changing the exposed portions (52) of the silicon layer (40) so that the exposed portions (52) of the silicon layer (40) are different from non-exposed portions of the mask layer (40);
Removing the remaining portions of the pattern transfer layer (42);
Removing portions of the silicon layer (40) underlying the pattern transfer layer (42) and unaltered during the modifying step by RF etching, exposing portions of the insulating layer (16) after the unreacted portions of the silicon layer (40 ) have been removed; and
Etching the exposed portions of the insulating layer (16).
Description
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Halbleiteranordnungen und insbesondere auf ein Verfahren zum Ausbilden einer Halbleiteranordnung.The invention relates generally to semiconductor devices, and more particularly to a method of forming a semiconductor device.
Halbleiter sind in integrierten Schaltungen für elektronische Anwendungen weit verbreitet, die beispielsweise Computer, Radios und Fernseher beinhalten. Solche integrierten Schaltungen verwenden typischerweise mehrere Transistoren, die in einkristallinem Silizium hergestellt sind. Es ist üblich, dass dort Millionen von Halbleiteranordnungen auf einem einzelnen Halbleiterprodukt sind. Um die notwendigen Signal- und Leistungsverbindungen für die Vielzahl von Halbleiteranordnungen bereitzustellen, beinhalten viele integrierte Schaltungen nun mehrere Metallisierungsniveaus.Semiconductors are widely used in integrated circuits for electronic applications including, for example, computers, radios, and televisions. Such integrated circuits typically use multiple transistors fabricated in single crystal silicon. It is common that there are millions of semiconductor devices on a single semiconductor product. In order to provide the necessary signal and power connections for the plurality of semiconductor devices, many integrated circuits now involve multiple metallization levels.
Die Halbleiterindustrie strebt kontinuierlich danach, die Größe der Halbleiteranordnungen zu verringern, die sich auf integrierten Schaltungen befinden. Miniaturisierung ist allgemein notwendig, um der steigenden Dichte der Schaltungen Rechnung zu tragen, die für heutige fortgeschrittene Halbleiterprodukte notwendig ist. Eines der Gebiete, wo Miniaturisierung gebraucht wird, ist beim Ausbilden der Kontakte zwischen Leitern in einer integrierten Schaltung.The semiconductor industry is continually striving to reduce the size of semiconductor devices located on integrated circuits. Miniaturization is generally needed to account for the increasing density of circuits necessary for today's advanced semiconductor products. One of the areas where miniaturization is needed is in forming the contacts between conductors in an integrated circuit.
In der derzeitigen Technologie werden Kontaktlöcher in einem Dielektrikum hergestellt, das über dem Halbleitersubstrat liegt. Diese Kontaktlöcher werden unter Verwendung eines fotolithografischen Prozesses hergestellt. Beispielsweise wird, nachdem die Transistoren ausgebildet sind, ein Vor-Metall-Dielektrikum (PMD, pre-metal dielectric) über dem Substrat abgeschieden. Eine antireflektierende Beschichtung (ARC, antireflective coating) kann dann über dem Vor-Metall-Dielektrikum und einem aufgebrachten Fotoresist abgeschieden werden. Strahlung wird in Richtung des Fotoresists durch eine Maske gerichtet, so dass ausgewählte Teilbereiche des Fotoresists bestrahlt werden. Teilbereiche des Resists und der darunter liegende ARC können dann zum Freilegen von Teilbereichen des Zwischenschichtdielektrikums entfernt werden. Diese Teilbereiche können anisotropisch geätzt werden, um die Kontaktlöcher zu erzeugen.In current technology, via holes are made in a dielectric that overlies the semiconductor substrate. These vias are made using a photolithographic process. For example, after the transistors are formed, a pre-metal dielectric (PMD) is deposited over the substrate. An antireflective coating (ARC) may then be deposited over the pre-metal dielectric and an applied photoresist. Radiation is directed in the direction of the photoresist through a mask, so that selected portions of the photoresist are irradiated. Portions of the resist and underlying ARC may then be removed to expose portions of the interlayer dielectric. These portions may be anisotropically etched to create the vias.
Die Kontaktlöcher werden mit einem Leiter zum Erzeugen eines Stopfens gefüllt. Beispielsweise wird ein Liner, wie z. B. Titan, gefolgt von Titannitrid entlang von Seitenwänden des Kontaktlochs ausgebildet. Das Loch kann dann mit einem Leiter, wie z. B. Wolfram, gefüllt werden. Das Wolfram kann dann bis auf das Niveau des Vor-Metall-Dielektrikums unter Verwendung eines chemisch-mechanischen Polier- oder Rückätzprozesses entfernt werden.The contact holes are filled with a conductor to produce a plug. For example, a liner, such as. Titanium, followed by titanium nitride along sidewalls of the contact hole. The hole can then with a conductor, such as. As tungsten, are filled. The tungsten may then be removed to the level of the pre-metal dielectric using a chemical mechanical polishing or etch back process.
Aus der Druckschrift
Weiterhin ist aus der Druckschrift
Aus der Druckschrift
Ferner zeigt die Druckschrift
Weiterhin ist aus der Druckschrift
Die Druckschrift
Die Druckschrift
Schließlich ist aus der Druckschrift
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein vereinfachtes Verfahren zum Ausbilden einer Halbleiteranordnung bereitzustellen, welches einfach in bestehende Prozessabläufe eingebunden werden kann.The invention is the object of the invention to provide a simplified method for forming a semiconductor device, which can be easily integrated into existing processes.
Diese Aufgabe wird durch die Maßnahmen des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by the measures of
Insbesondere durch das Verwenden einer Siliziumschicht als Maskierungsschicht, dem gezielten Ändern von freiliegenden Bereichen der Siliziumschicht und dem Entfernen der unveränderten Teilbereiche der Siliziumschicht mittels HF-Ätzen können auf sehr einfache Art und Weise und unter Verwendung von Standard-Prozessen Halbleiteranordnungen und insbesondere Kontaktlöcher mit sehr feinen Strukturen ausgebildet werden.In particular, by using a silicon layer as a masking layer, the targeted changing of exposed areas of the silicon layer and the removal of the unchanged portions of the silicon layer by means of RF etching can very easily and using standard processes semiconductor devices and in particular contact holes with very fine Structures are formed.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gekennzeichnet.In the subclaims further advantageous embodiments of the invention are characterized.
Die Details von einem oder mehreren Ausführungsbeispielen der Erfindung sind in den begleitenden Zeichnungen und der nachstehenden Beschreibung dargelegt. Verschiedene Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der Beschreibung und den Zeichnungen und aus den Ansprüchen ersichtlich.The details of one or more embodiments of the invention are set forth in the accompanying drawings and the description below. Various features and advantages of the invention will be apparent from the description and drawings, and from the claims.
Für ein vollständiges Verständnis der vorliegenden Erfindung und ihrer zugehörigen Vorteile wird nunmehr auf die nachfolgende Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, in denen:For a complete understanding of the present invention and its attendant advantages, reference is now made to the following description, taken in conjunction with the accompanying drawings, in which:
Die Herstellung und Verwendung der derzeitig bevorzugten Ausführungsbeispiele wird nachstehend im Detail erläutert. Allerdings sollte wahrgenommen werden, dass die vorliegende Erfindung viele anwendbare erfindungsgemäße Ideen bereitstellt, die in breit gefächerten spezifischen Zusammenhängen ausgeführt werden können. Die vorgestellten spezifischen Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Veranschaulichung typischer Methoden, die Erfindung herzustellen und zu benutzen und beschränken nicht den Umfang der Erfindung.The manufacture and use of the presently preferred embodiments will be described in detail below. However, it should be appreciated that the present invention provides many applicable inventive ideas that can be embodied in a wide variety of specific contexts. The specific embodiments presented are merely illustrative of typical methods of making and using the invention and do not limit the scope of the invention.
Die vorliegende Erfindung wird mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsbeispiele in einem spezifischen Zusammenhang beschrieben, nämlich einem Kontaktloch für einen Stopfen (plug) in einer integrierten Schaltung. Die Erfindung kann jedoch ebenso für andere Prozesse angewandt werden, die ein Kontaktloch erfordern. Beispielsweise können Ideen der Erfindung ebenso zum Ausbilden von Vialöchern in den Metallisierungsschichten angewandt werden. Die vorliegende Erfindung kann ebenso zum Ausbilden anderer Vertiefungen, wie z. B. Gräben in einem Damasceneprozess, verwendet werden.The present invention will be described with respect to preferred embodiments in a specific context, namely a contact hole for a plug in an integrated circuit. However, the invention can also be applied to other processes requiring a contact hole. For example, ideas of the invention may also be applied to forming vias in the metallization layers. The present invention may also be used to form other depressions, such as e.g. Trenches in a damascene process.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Ausbilden kleiner Kontaktlöcher bereit. Weil die Technologieknoten kleiner werden, wird es zunehmend schwieriger, derzeitige Prozesse zu implementieren. Während die Abmessungen beispielsweise auf 45 nm und darunter sinken, werden die Lithografiefähigkeiten zum Drucken der erforderlichen winzigen Kontaktlöcher limitiert sein. Es ist gezeigt worden, dass es möglich ist, Linien und Resistinseln mit einem ausreichenden Prozessfenster zu drucken, die kleiner als 50 nm sind.In various embodiments, the present invention provides a method of forming small vias. As technology nodes become smaller, it becomes increasingly difficult to implement current processes. For example, while the dimensions decrease to 45 nm and below, lithography capabilities for printing the required minute vias will be limited. It has been shown that it is possible to print lines and resist islands with a sufficient process window smaller than 50 nm.
In einem Aspekt geht die vorliegende Erfindung den vorteilhaften Schritt, den Lithografie- und Maskenprozess zu invertieren, um nicht die Löcher, sondern vielmehr den Platz zwischen den Löchern zu drucken. In einem anderen Aspekt stellt die vorliegende Erfindung neue Integrationsschemen bereit, um die lithografisch gedruckte Struktur zurück zu invertieren.In one aspect, the present invention takes the advantageous step of inverting the lithography and masking process to print not the holes but rather the space between the holes. In another aspect, the The present invention provides new integration schemes for inverting the lithographically printed structure.
Zunächst auf
In der Figur wird der Transistor
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Transistor
Ein Wannengebiet
Das Gate
Die Gatedielektrikumschicht
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel beinhaltet der Gateleiter
Schwach dotierte Source- und Draingebiete
Seitenwandspacer
Jedoch versteht es sich, dass dieser Prozess mehr als einmal wiederholt werden kann, um einen Spacer der gewünschten Dicke zu bekommen.However, it should be understood that this process can be repeated more than once to get a spacer of the desired thickness.
Nach dem Ausbilden der Seitenwandspacer
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die Source/Drain-Gebiete
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel liegt die Verbindungsbahn
Eine Isolierschicht
Eine Isolierschicht
Eine Strukturübertragungsschicht
Als Nächstes auf
Eine Resistschicht
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Fotoresist in einer Umkehrstruktur (reverse pattern) strukturiert. In anderen Worten verbleiben Inseln von Fotoresist an den Stellen, wo die Kontaktlöcher ausgebildet werden. Dies ist entgegengesetzt zu herkömmlichen Lithografieschritten, wo der Resist entfernt wird, wo immer darunter liegendes Material entfernt werden wird. Ein Vorteil des Verwendens der Umkehrstruktur ist, dass der Platz zwischen Kontaktlöchern typischerweise größer (häufig viel größer) als die Kontaktlöcher selbst ist. Folglich ist die Umkehrstruktur leichter abzubilden.In the preferred embodiment, the photoresist is patterned in a reverse pattern. In other words, islands of photoresist remain at the locations where the contact holes are formed. This is opposite to conventional lithography steps, where the resist is removed wherever underlying material will be removed. An advantage of using the inverse structure is that the space between vias is typically larger (often much larger) than the vias themselves. Consequently, the reverse structure is easier to image.
Mit Bezug auf
Wie in
Die freiliegenden Teilbereiche der Si-Maskierungsschicht
Die angrenzenden Teilbereiche von Metall
Nun auf
Die Kontaktlöcher können dann mit einem Leiter zum Erzeugen der leitenden Stopfen gefüllt werden. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird zunächst ein (nicht ausdrücklich gezeigter) Liner entlang der Seitenwände der Kontaktlöcher und entlang des Bodens des Kontaktlochs ausgebildet. Der Liner kann aus einer Schicht von Titan, gefolgt von einer Schicht von Titannitrid ausgebildet werden. In anderen Ausführungsbeispielen können andere Liner verwendet werden.The contact holes may then be filled with a conductor to create the conductive plugs. In the preferred embodiment, first, a liner (not expressly shown) is formed along the sidewalls of the contact holes and along the bottom of the contact hole. The liner may be formed of a layer of titanium followed by a layer of titanium nitride. In other embodiments, other liners may be used.
Der Leiter
In diesem bestimmten Beispiel sind drei Kontakte dargestellt. Ein Kontakt
In der in
Alternativ kann der Polierschritt von
Ein weiteres Beispiel der Erfindung wird nun mit Bezug auf die
Desgleichen können sich Details, die mit Bezug auf dieses Beispiel erläutert werden, ebenso auf das Ausführungsbeispiel beziehen.Likewise, details discussed with reference to this example may also refer to the embodiment.
Der Lithografieprozess ist in
Mit Bezug auf
Nun auf
In dem bevorzugten Beispiel wird die Maskierungsschicht
Die vorliegende Erfindung ist vorstehend mit Bezug auf das Ausbilden von Kontaktlöchern für das Verbinden von Transistoren und anderen darunter liegenden Strukturen beschrieben worden. Ideen der Erfindung können ebenso für back-end-of-line(BEOL)-Prozesse angewandt werden. Beispielsweise könnten die Kontaktlöcher
Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung haben eine Anzahl von Vorteilen. Beispielsweise ist das Lithografieprozessfenster nicht durch die Notwendigkeit zum Drucken von Löchern limitiert. Zusätzlich werden herkömmliche PMD-Füllungen aufrechterhalten, weil das Zurückinvertieren durch eine Hartmaske über dem PMD ausgeführt wird. Als ein weiterer Vorteil erfordert die vorliegende Erfindung nicht die Integration von irgendwelchen ”exotischen” Materialien (obwohl solche Materialien verwendet werden können). Die Übertragungsschicht und die Hartmaske können aus Materialien ausgebildet werden, die in herkömmlichen Kontaktmodulen verwendet werden.Various embodiments of the invention have a number of advantages. For example, the lithography process window is not limited by the need to print holes. In addition, conventional PMD fillings are maintained because back-inversion is performed by a hard mask over the PMD. As a further advantage, the present invention does not require the integration of any "exotic" materials (although such materials may be used). The transfer layer and the hard mask may be formed of materials used in conventional contact modules.
Als ein weiterer Vorteil stellen Ausführungsbeispiele der Erfindung eine Option bereit, die Lithografiemerkmale mit einem ARC- und/oder Hartmaskenätzprozess zu trimmen. Als eine Folge können die Lithografieanforderungen weiter gelockert werden. In einem anderen Ausführungsbeispiel können die Lithografiemerkmale durch Salizidwachstum getrimmt werden.As a further advantage, embodiments of the invention provide an option to trim the lithography features with an ARC and / or hardmask etch process. As a result, the lithography requirements can be further relaxed. In another embodiment, the lithography features may be trimmed by salicide growth.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die Hartmasken und Übertragungsschichten sehr dünn gemacht werden, weil keine zusätzlichen CMP-Schritte erforderlich sind. Darüber hinaus kann die Hartmaske durch herkömmliche Prozessschritte entfernt werden. Diese Merkmale dienen dazu, den Prozess zu vereinfachen und folglich die Kosten zu reduzieren.In various embodiments, the hard masks and transfer layers can be made very thin because no additional CMP steps are required. In addition, the hardmask can be removed by conventional process steps. These features serve to simplify the process and consequently reduce costs.
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